雷達技術在城市管理中的應用

杜岳山 張朝明

摘要:在我國城市建設和城市管理中,雷達技術的應用非常廣泛,而且具有非常廣闊的發展空間。本文從雷達技術在氣象監測、交通應用和城市管道探測應用方面詳細介紹了雷達技術在城市管理中的應用。

關鍵詞:雷達多普勒應用

中圖分類號:P237 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0236-01

在我國的城市管理中,雷達技術的應用非常廣泛。雷達是一種利用電磁波探測目標的電子設備。通過發射電磁波對目標進行照射并接收其回波,由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。雷達具有其它監控設備所不具有的優點,能時刻探測遠距離的目標,且不受云、霧和雨的影響,并具有一定的穿透能力,是一種全天候、全天時的探測設備。

雷達雖然一開始是應用于軍事方面,但隨著技術的不斷完善,現在也已經廣泛應用于各種社會經濟發展和城市管理活動當中,成為了人們時常生活的好幫手,大到軍事指揮的機載雷達,小到汽車的防撞裝置,我們都可以隨處看到雷達技術的應用。而本文主要介紹雷達技術在城市管理中的運用。

1雷達在天氣預報中的作用

我國是一個自然災害頻發的國家,氣象條件復雜、并帶有很強的突發性。如東部沿海地區的臺風、北方地區的雨雪天氣和沙城暴,都給我國人民帶來了嚴重的生命財產損失。而天氣雷達則是監測預警突發災害性天氣最有效的手段。近年來我國天氣雷達監測網的建設得到了長足的發展,在災害性天氣監測和預警方面已經發揮了重要作用取得了明顯的社會經濟和生態效益。

天氣雷達主要是通過間歇性地向空中發射電磁波脈沖然后,接收被氣象目標散射回來的電磁回波,探測400多千米半徑范圍內氣象目標的空間位置和特性。在災害性天氣尤其是突發性的中小尺度災害性天氣的監測預警中發揮著重要的作用。我國自從20世紀90年代開始使用多普勒天氣雷達以來,由于國際天氣雷達技術發展的新趨勢和國家需求的增長,我國確定了發展新一代多普勒天氣雷達作為氣象監測主導方向的思路,并制定了相應的多普勒天氣雷達功能規格和標準。我國多普勒天氣雷達采用全相參技術,在測定云和降水回波強度的同時,還可以有效獲取大氣風場和湍流等信息。多普勒天氣雷達是目前研究云和降水物理學、云動力學,監測分析和預警中尺度災害性天氣最有效的工具之一。

常規的模擬天氣雷達和數字化天氣雷達只能探測氣象目標的位置和強度,而由于缺乏氣象目標的運動信息很難滿足天氣預報的需要。多普勒天氣雷達則在探測氣象目標的位置和強度、夠探測這些目標中降水粒子的徑向運動速度和速度譜寬等方面較常規雷達先進很多,可以得到大氣風場和湍流等信息,并能監測下擊暴流、龍卷風、熱帶風暴等突發性、變化性強的災害性天氣,是氣象保障必不可少的裝備。

2雷達在城市交通中的作用

2.1 雷達在車輛測速中的應用

在我國城市交通中,超速是造成交通事故的主要原因,而測速雷達則是遏制汽車超速行駛的有效方式。測速雷達是利用多普勒效應原理來測定車輛速度的雷達,可以安裝在汽車上,也可以固定在公路邊上或手持工作。測速雷達的使用不僅使車速的測量更加準確,而且便于駕駛員和交通管理人員實時掌握和控制車速。

汽車雷達測速系統一般由測速、拍攝和圖像數據處理三部分組成。測速部分基本上是由多普勒雷達構成,拍攝部分則采用高速相機并配以光補償裝置,圖像數據處理有相應配套軟件完成。雷達測速系統的工作原理可以具體表述為:雷達發射一個固定頻率的脈沖波,當脈沖波接觸到活動目標時,回波的頻率與發射波的頻率將出現頻率差,稱為多普勒頻率,而根據頻率差和車輛通過雷達監測范圍的時間,可以計算出汽車的準確速度。如果車輛超速行駛,將觸發相機拍照得到清晰的圖片,經過圖像數據處理,把相應的信息如超速路段,限定速度值、目標車速、超速百分比等各種信息合成到圖片中,作為對駕駛員超速處罰的依據。從而有效抑制司機的超速行為。

2.2 汽車防撞雷達和側視雷達

超聲波防撞雷達是一種常見利用超聲波測距的汽車雷達系統。其基本原理是經脈沖調制信號調制并放大處理后的超聲波通過超聲喇叭向外輻射,在碰到其它汽車、行人或障礙物反射回來。回波被超聲波拾音器接收,經放大、檢波、再放大后送到信號處理器,與脈沖調制信號進行比較,計算出脈沖延時所對應的距離,并送到距離顯示器、聲光告警裝置和緊急制動系統,當該距離達到預置的減速或剎車距離時,執行機構自動控制汽車減速或剎車。

當汽車在行駛時,駕駛員單獨利用側視和后視反射鏡觀察側面和后面的車況是無法全方位的觀察到汽車周圍的具體情況。由于反射鏡和車身的限制,駕駛員的視角存在著一定的“盲區”。現在利用汽車側視雷達可以有效的解決這一問題。它是一種安裝在汽車側面的雷達系統,其探測范圍是行駛車輛鄰近車道的整個寬度,當駕駛員的“盲區”內出現車輛和其它物件時,立即發出警示信息。側視雷達系統是對常規汽車側視和后視反射鏡的有效補充,很大程度上提高了行車的安全性和行駛的有序性,避免了駕駛員由于視角的限制,導致交通意外的發生。

3雷達在城市管道監測中的作用

在城市建設過程中,特別是老城區的改造過程中,大量的給排水、供氣管道布置在地下,隨著城市的發展和變遷,很多管道的位置信息資料遺失,還有一些私人搭建的管道,這都給城市建設帶來不小的麻煩。因此,在施工建設之前有必要對施工地點進行地下管道的探測。目前,地下管道探測工作主要使用的就是管道探測儀和地質雷達,其中地質雷達技術成為一種越來越廣泛使用的方法。

地質雷達法的工作原理是利用無載波高速脈沖作為探測地下目標的信號源,并根據探測目標的實際要求設定脈沖參數。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進行輻射,一部分經由發射天線直接到達接收天線形成直達波,作為低下目標深度的參考依據;一部分進入地下傳播,當遇到地下目標或不同媒質界面時產生反射,反射的電磁波經地表到接收天線形成反射波,反射波相對地表反射的直達波出現的時間是電磁波從地表到目標再從目標到地表傳播所需的時間。通過比對研究反射波所帶的地下目標和地下媒質的性質信息,可以確定低下目標的性質和位置的綜合信息。

參考文獻

[1] 沈瑾,甘泉,鄧小麗,等.天氣雷達的現狀及發展趨勢[J].電子設計工程,2011(16).

[2] 余挺,康慧雯.雷達測速系統在交通監測中的應用與改進[J].中國高新技術企業,2009(20).

[3] 陳同林,樊海博.雷達技術在現代公路交通中的應用[J].西安郵電學院學報,2004(7).

[4] 王永強,李守彪,李承遠.SIR20型地質雷達在城市埋地管網探測中的應用[J].科技創新導報,2011(17).